Overzicht van ontwerpen in Frankrijk

法蘭設計方法有基於材料力學的簡單方法——巴赫（Bach）法，基於彈性分析的鐵木辛科（Timoshenko）法和華脫斯（Waters）法。 法蘭連接的失效主要表現為洩漏。 囙此法蘭設計的失效判據顯然應以防止“洩漏”為準則，即與系統的剛度和强度相關聯。 法蘭設計中主要控制法蘭中的三個方向最大應力及其綜合的應力水准，而有關剛度的要求則由强度水准間接體現出來。 囙此，法蘭設計中儘管未能充分揭示“法蘭螺栓墊片系統”的全部內涵，但强度準則仍是當今認為較為成功可靠的一種傳統的工程方法。

設計因素

設計法蘭時，通常要考慮以下幾個主要因素：

• 類型：有多種法蘭類型，如螺紋法蘭、焊頸法蘭、盲法蘭、承插法蘭、滑套法蘭等，根據應用選擇合適的類型。
• 尺寸和形狀：這包括法蘭的外徑、法蘭螺孔的數量和位置、法蘭中心孔的尺寸以及法蘭的厚度。
• 資料：根據工作條件（如溫度、壓力、介質等）選擇合適的資料。 常見的資料包括碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。
• 壓力等級：法蘭的壓力等級决定了它能承受的最大壓力。 例如：PN10、PN16、PN25、PN40等。
• 密封面形式：根據連接的需求，可以選擇平面、凸面、凹凸面、環槽面等密封面。
• 標準：不同的國家和地區可能有不同的標準。 常見的標準如ANSI B16.5（美國）、DIN（德國）、GB/T（中國）、JIS（日本）等。
• 設計溫度和介質：設計時還需要考慮工作溫度和流過法蘭的介質。 某些特定的化學介質可能需要特定的資料或處理來防止腐蝕。
• 螺栓和螺母：螺栓和螺母的選擇也非常重要，不僅要考慮它們的尺寸和數量，還要考慮它們的資料和扭矩。
• 墊片的選擇：根據工作條件和密封要求，選擇適當的墊片資料和類型，例如石墨、非石棉、PTFE等。
• 安全係數：法蘭設計中通常也要考慮到一定的安全係數，確保在各種工况下都能穩定工作。

當設計法蘭時，通常還需要進行一些相關的强度計算和驗證，確保法蘭在使用過程中的安全性和穩定性。

設計內容

法蘭連接設計分為三部分。
（1）墊片設計
這是整個法蘭連接設計的基礎，應根據設計條件和使用介質，選用適當的墊片種類、材質，並確定墊片的內、外徑尺寸。 以此計算出在預緊和操作兩種狀態下的壓緊力。
（2）螺栓設計
在選用適當螺栓資料的基礎上，根據墊片所需的壓緊力，分別計算出螺栓的橫截面積，並以大者作為計算面積。 實際配寘的螺栓根徑橫截面積應不小於該面積。
螺栓設計的關鍵是在結構允許的條件下，盡可能把螺栓中心圓直徑確定得小些，以設計出較合理的、較經濟的法蘭。 具體做法是通過試選合適的螺栓規格和數量來進行。
（3）法蘭設計
對整體法蘭須通過試算進行。 即在預先設定法蘭錐頸和法蘭厚度的基礎上，計算法蘭力矩及各項法蘭應力。 當應力與相應的許用應力相差很大，在不改變墊片時，均須調整法蘭錐頸和法蘭環的尺寸，然後重複計算，直至多項應力小於相應的許用應力而且接近時，才能認為是合適的結果。

强度計算

法蘭的强度計算方法包括兩個基本問題。
（1）密封設計
即按照工作條件，選取法蘭類型、壓緊面形狀和墊片形式，確定在安裝工况和操作工况下，螺栓必需的載荷和尺寸，以達到設計的密封要求。
（2）强度計算
即初定法蘭的結構尺寸，根據上述計算得到的螺栓載荷，對法蘭進行最危險工况的受力分析和應力校核，以確定法蘭的厚度。 法蘭的强度計算通常按照校核程式進行。 顯然，當初定的法蘭結構尺寸不滿足應力校核條件時，則應重新調整尺寸，直至滿意為止。

設計程式

法蘭的設計計算實際上都是按校核程式進行的，其順序為；

• ①預先確定法蘭的類型與結構尺寸；
• ②决定螺栓載荷並計算法蘭力矩；
• ③計算法蘭應力；
• ④使上述應力滿足各項强度條件；
• ⑤若不能滿足，則須調整法蘭尺寸或墊片，直至滿意。

故法蘭設計是一個試差過程。